블록체인 기반의 물품 반출입 관리 메커니즘

Ⅰ. 서 론

물품 반출입 기록 관리 시스템은 일반적으로 조직에서 보유하고 있는 물적 자산에 대해 전반적인 상태의 파악과 효과적으로 자산을 관리하기 위해 다양한 현장에서 적용되는 기록관리 시스템이다. 특히 물적 자산의 관리를 보다 효율적으로 진행하기 위해 원거리 통신태그인 RFID(Radio-Frequency IDentification)를 적용하여 원거리에서도 물적 자산을 파악할 수 있다는 점에서 장점을 가진다. 이와 같은 RFID는 식품, 의료, 산업과 같은 다양한 분야에서 대상에 대한 추적과 감시를 진행하기 위한 하나의 기술로서 적용되고 있다. RFID를 이용하여 사용되는 물품 관리 시스템은 각 물적 자산에 부착되어있는 태크의 식별번호를 사용하여 서버상에서 해당 식별번호를 관리하는 방식을 적용한다[1-2].

단일 서버방식으로 구성된 시스템은 분산형에 비해 단순한 구조를 가지기 때문에 관리가 수월하고, 서버가 단일 방식으로 구성되어있기 때문에 외부와의 연결이 요구되지 않아 높은 폐쇄성을 지닌다. 단일 서버 구성은 위와 같은 장점을 가지나 반대로 단일 서버상의 데이터의 위변조에 대한 사실을 인지하기가 어려우며, 위변조된 데이터의 복원을 위한 추가절차와 비용이 요구된다는 단점을 가진다[3-5].

블록체인은 단일 서버 구성에 의해 발생할 수 있는 단점을 보강하기 위한 효과적인 수단으로서 적용할 수 있으며, 분산형 네트워크에 기반한 공유 원장을 기반으로 기록되어있는 데이터의 위변조 검증뿐 아니라 네트워크 참여자의 다수가 보유하고 있는 데이터로 자동적으로 복원한다. 또한, 에러가 전체적인 네트워크에 큰 영향을 끼치는 단일 서버 방식에 비해 블록체인 네트워크의 특정 노드에서 발생한 문제가 네트워크상에 큰 영향을 끼치지 않으며 서비스의 가용성을 보장할 수 있다[6].

본 논문에서는 조직에서 관리하는 물적 자산에 대한 RFID 기반의 물품 반출입 기록 관리 시스템에 대해 블록체인을 적용함으로써 반출입에 대한 원장 블록과 분산 네트워크 방식을 활용하여 기록된 데이터의 무결성을 강화하고, 반출입 관리 현황을 파악할 수 있도록 하는 메커니즘을 제안하다.

Ⅱ. 관련 연구

Ⅲ. 제안하는 메커니즘

제안하는 블록체인 기반의 RFID 물품 반출입 관리 메커니즘은 공개되어있는 네트워크 상에서 블록 네트워크를 구성하며, 물품의 반출입 관리를 위해 물품의 정보를 기록하는 반출입 목록 블록, 반출입 기록의 관리를 위한 물류 반출입 블록, 조직에서 허가된 사용자에 대한 정보를 기록하는 사용자 정보 블록의 3가지 블록으로 구성된다. 또한 제안하는 메커니즘은 크게 관리자, 사용자, RFID 태그, 관리 시스템, 블록 네트워크로 구성된다. [그림 1]은 제안하는 메커니즘에서 블록 구성을 보이는 것이다.

Fig. 1.

Framework architecture

시스템의 구성은 반출입 관리를 진행하는 다양한 조직의 관리자가 하나의 블록 네트워크에서 정보를 관리하는 것으로 가정한다. 서로 다른 조직에 속해있는 관리자에 의해 하나의 블록 네트워크상에서 블록을 생성할 경우 해당 조직의 정보가 동일한 블록 네트워크에 속한 타 조직 관리자에 의해 데이터가 유출될 수 있는 점에 대해 공개키 기반 암호화를 통해 암호화된 내용만을 블록에 기록한다. 블록은 블록의 구조에 대한 정보를 가지는 헤더와 사용자 정보나 물품의 반출입 기록 등을 기록하는 블록 내용, 관리자가 생성한 블록의 식별을 위해 관리자 식별정보를 기록하는 관리자 식별 블록으로 구성하여 식별정보에 따라 정보를 요청할 수 있도록 한다.

제안하는 메커니즘의 전반적인 흐름은 다음과 같이 정리할 수 있다. 먼저 사용자에 의해 물퓸에 대한 반출입 요청이 발생하는 경우 관리 시스템에서는 블록 네트워크의 사용자 정보 블록을 요청하여 사용자의 인증을 진행하고 사용자 블록 내의 반출입 상태를 통하여 무분별한 반출입을 방지한다. 이후 사용자가 정당한 사용자임이 인증되면 사용자에게 반출입 요청 항목을 보낼 것을 요청하고, 사용자는 자신이 원하는 목록에 대한 정보를 관리 시스템에 전송한다. 관리 시스템은 블록 네트워크로부터 반출입 목록 블록을 요청하여 블록 내의 물품의 항목과 개수, 반출처를 통하여 물품의 현황을 파악하고 반출입이 가능한 경우에만 관리자에게 사용자로부터 반출입 요청이 발생했음을 알린다. 관리자는 관리 시스템으로부터 받은 정보를 검토하고 반출입 허가를 관리 시스템에 전송한다. 반출입 허가를 받은 관리 시스템은 블록 네트워크에 사용자의 식별번호와 요청한 물품, 반출 일자와 반출 수량 등의 기록을 공개키로 암호화하여 물류 반출입 블록의 생성을 요청한다. 이후 블록 네트워크에서 물류 반출입 블록의 생성이 종료되면 해당 사실을 관리 시스템에 전달하고 관리 시스템은 이 사실을 반출입 요청 사용자에게 전달하여 반출입이 허가되었음을 알린다. 블록을 생성하는 과정은 RFID의 신규 물류가 등록되는 과정과 사용자에 의해 물품의 반출입 요청이 발생하는 두가지 단계로 나눌 수 있다. 다음 표 1은 사용된 용어를 정리한 것이다.

Table 1.

Terms and abbreviation

3.1 RFID 물류 등록 과정

관리자는 RFID 장비를 관리 시스템에 등록하는 권한과 사용자의 반출입 요청에 대한 허가 여부를 판단하는 역할을 수행한다. 관리자는 관리 시스템에 물류에 대한 등록을 진행할 수 있다. 먼저 관리자는 블록 네트워크의 해시 연산을 수행하여 요청한 관리자에 의해 작성된 반출입 목록 블록의 요청을 진행한다. 반환된 반출입 목록 블록에는 RSA 공개키에 의해 암호화된 물품의 항목과 개수 및 반출처 등이 기록되어 있다. 관리 시스템은 블록의 내용을 복호화한 뒤 요청된 물류의 식별정보와 장비의 항목을 토대로 하여 해당 물류의 식별정보를 관리 시스템의 항목과 매칭함으로서 각 식별번호를 항목으로 관리한다. 요청된 식별번호가 기록되지 않은 경우 해당하는 항목에 식별번호를 기록하여 새로운 반출입 물류 블록의 생성을 요청한다. 이후 블록 네트워크는 블록을 생성하고 그 결과를 관리 시스템을 통하여 관리자에게 전송한다. 그림 2는 RFID 물류의 등록 절차를 간략히 보이는 것으로 RFID 물류의 등록 절차는 다음과 같이 진행된다.

Fig. 2.

RFID logistics registration process

1단계 : 새로운 물품의 등록이 요구되는 경우 관리자는 RFID의 식별정보를 토대로 관리 시스템에 등록을 요청한다.

2단계 : 관리 시스템은 관리자의 공개키에 대한 해시를 수행하고 결과값을 기반으로 블록네트워크에 전송하여 반출입 목록 블록을 요청한다.

$\[ BlockIdentifier=Hash\left({PK}_{ADM}\right) \]$

(1)

3단계 : 반환된 반출입 목록 블록은 관리자 비밀키를 통해 복원한다.

$\[ {DE}_{RSA}\left(E_{RSA}\left(L\right)\right)=L \]$

(2)

4단계 : 블록 정보를 기반으로 물류의 식별정보를 매칭하고 새로운 식별정보의 경우 해당 식별번호를 포함한 반출입 목록 블록의 생성을 요청한다.

$\[ Carry\in ListBlock=E_{RSA}\left(RFIDIdentifier\right) \]$

(3)

3.2 물류 반출입 요청 과정

사용자는 물류에 대한 반출입 요청을 진행할 수 있다. 반출입 요청의 경우 사용자는 관리 시스템에 물품의 반출입 요청을 전송하고 관리 시스템은 요청한 사용자에게 식별정보를 전송할 것을 요청한다. 사용자는 자신의 식별정보를 공개키를 이용하여 암호화하여 관리 시스템에 전송한다. 관리 시스템은 사용자 인증을 위해 블록 네트워크에 사용자 정보 블록을 요청한다. 사용자 정보 블록을 받으면 사용자 정보 블록의 내용과 사용자 정보를 매칭하여 정당한 사용자인지 인증을 진행하고 정당한 사용자인 경우 반출입 항목을 제출할 것을 요청한다. 이후 사용자는 자신이 희망하는 반출입 항목을 관리 시스템에 전송하고 관리 시스템은 블록 네트워크에 기록되어있는 물류 반출입 블록을 요청하여 요청된 항목을 검토한다. 이때, 반출입이 가능한 경우 관리자에게 반출입 허가 요청을 전송하고, 관리자에 의해 요청이 허가되는 경우에만 블록 네트워크에 물류 반출입 블록과 사용자 정보 블록의 개정을 요청한다. 블록 네트워크로부터 블록의 생성이 정상적으로 이뤄졌음을 확인하는 정보를 관리 시스템에 전송하면 관리 시스템은 최종적으로 허가 결과를 사용자에게 전송한다. 그림 3은 물류 반출입 요청 과정을 보이는 것으로 다음과 같은 절차를 통하여 진행된다.

Fig. 3.

Logistics carry-out request procedure

1단계 : 사용자는 관리 시스템에 반출입 요청을 전송하고 사용자 인증을 위해 사용자의 식별정보를 전송받는다.

2단계 : 관리 시스템은 사용자의 식별정보와 블록 네트워크에 기록되어있는 사용자 정보 블록을 매칭하여 사용자를 인증한다.

$\[ {DE}_{RSA}\left(E_{RSA}\left({ID}_U\right)\right)={ID}_U \]$

(4)

3단계 : 허가된 사용자의 경우 요청 목록을 사용자에게 전송하고 물류 반출입 블록을 매칭하여 가능 여부를 확인한다.

4단계 : 반출입이 가능한 경우 관리자에게 승인을 요청하고, 승인이 되는 경우 블록 네트워크에 사용자 정보 블록과 물류 반출입 블록의 개정을 요청하고, 블록이 정상적으로 생성된 경우 사용자에게 반출입 허가에 대한 정보를 전송한다.

Ⅳ. 분 석

본 절에서는 일반적으로 사용되는 물품 관리 시스템과 제안하는 메커니즘간의 비교분석을 진행한다. 제안하는 메커니즘의 핵심이 되는 내용은 블록체인 적용을 통한 분산 컴퓨팅 환경에서 조직별로 구분된 물품 관리를 제공한다는 점에 있다. 표 2는 제안한 메커니즘과 기존 물품 반출입 관리 시스템의 비교분석을 진행한 것이다.

Table 2.

Comparative analysis of proposed mechanisms with existing systems

Ⅴ. 결 론

일반적으로 물품관리 메커니즘은 일반적으로 식품이나 물품의 유통기록에 대한 정보를 공개하는 것을 목적으로 사용되며, 외부에 대한 공개가 요구되지 않는 물품의 반출입 관리에 적용되는 연구는 많지 않다.

기록에 대한 무결성 강화는 데이터의 무단 변경을 방지하기 위해 큰 요소로서 적용된다. 기존의 단일 서버의 경우 폐쇄된 네트워크에서 제 3자의 접근을 차단하여 무결성을 강화할 수 있으나, 이 경우에는 데이터의 위변조에 대한 인지가 어렵다. 이 문제에 대해 블록체인을 적용하여 분산형 컴퓨팅 시스템에서 발생하는 장점을 적용할 수 있다. 하지만 데이터가 공개된 상태를 유지한다는 점에서 향후 폐쇄된 네트워크에서 무결성을 강화하거나 공개된 네트워크에서 제 3자의 공격 발생비용을 증가시켜 공격을 예방하는 연구가 요구된다.

Acknowledgments

이 논문은 2020년도 제주대학교 연구교수 기간에 연구되었음

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